基于Prophet算法的海南近海波浪长时段时序分析与预测

近年来,以大数据为基础的人工智能算法逐步兴起并被用于海洋波浪短期预测。本文采用2015-2019年海南近海逐时波浪实测时序数据,基于Prophet算法建立了海南近海波浪长时段时序预测模型,分析了2015-2019年海南近海波浪日、月、年变化特性,并对海南近海2020年波浪变化过程进行了预测。结果显示,Prophet算法模型对波浪波高和周期的预测值和实测值整体吻合良好,可有效用于长时段波浪的特性分析和时序预测。

板-网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究

水深较大时,固定式防波堤不再适用,而相比之下,浮式防波堤具有轻便、机动、经济及良好的海水交换功能等特点。因此为保障深水养殖网箱在风浪中的安全,采用浮式防波堤进行掩护是唯一可行的工程措施。提出了一种新型的浮式防波堤结构型式——板-网浮式防波堤。通过实验室物理模型试验,研究波浪周期、平板宽度、网衣数目、平板刚度以及水流方向和速度对波浪透射系数的影响。试验采用规则波浪,水深为20m,波高为2.5m、4.5m和6.0m,周期为6s～10s。试验结果表明,采用该种浮式防波堤具有较好的消浪效果,但具体参数需根据当地波浪、水流条件而定。

圆形重力式网箱浮架结构在波浪作用下的运动响应

依据Stokes二阶波浪理论和莫里森(Morison)方法,对圆形重力式网箱的浮架结构在两种锚碇系统(折线形和直线形)的作用下,浮架上特定点的运动轨迹进行了数值计算与水槽试验,比较结果发现在研究的波况下浮架的运动位移受波长影响较小,而与波高关系密切,在锚碇系统的约束下水平位移远小于垂向位移。数值计算与试验数据吻合较好,表明了此计算方法的可行性,为进一步模拟浮架结构的受力与变形打下基础。

抛石防波堤堤内波浪运动的数值模拟

将抛石防波堤认为离散介质结构,根据抛石防波堤内块体随机堆放的特点生成断面,对块体间的孔隙域划分网格。基于二维粘性不可压缩流体的N-S方程和流体自由表面处理的VOF方法,建立了波浪作用下堤身内部和前后流场的有限元数值模拟模型,对堤内的波浪运动进行了数值模拟。数值计算结果与波浪水槽模型实验结果基本吻合。对不同孔隙率和块体粒径的抛石堤计算结果表明,抛石堤内的波浪场受到很多参数的影响,孔隙率越大波长越长透射系数也越大,块体上的受力随着防波堤孔隙率以及块体平均半径的增加而减小。

圆环在波浪作用下的非线性流固耦合分析

将深水抗风浪网箱的重要结构单元——浮架简化为圆环,基于流固耦合理论,建立了圆环在波浪作用下的平面外的非线性运动、变形的方程。并且利用模态叠加法进行求解,对其在实际受力情况下的运动和变形进行了数值计算。结果显示:在圆环弹性位移的前三个模态下变形较大,流固耦合效应很重要。

流-固耦合作用下斜坡式防波堤地震动力响应分析

针对地震过程中海水-防波堤-地基的耦合效应,结合某沿海斜坡式防波堤,建立了海水-防波堤-地基系统有限元模型,应用任意拉格朗日欧拉方法以及显式动态有限元方法,对真实地震过程中的防波堤系统动力响应进行了仿真,给出了流-固耦合作用下,不同地震激励的防波堤残余变形以及地震过程中的动水压力时程。研究结果表明:考虑流-固耦合作用对防波堤残余变形响应有较显著影响,且水平向残余变形受影响程度大于竖直向残余变形;地震过程中的动水压力主要受海水主频以及地震激励卓越频率的影响。研究结果可为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。

抛石防波堤稳定性的离散单元法分析

将抛石防波堤认为离散介质结构,首次运用二维刚性体离散单元法对抛石防波堤在波浪作用下的失稳过程和机理进行了研究。该计算模型和方法可以模拟抛石防波堤块体在波浪作用下的局部失稳和从局部失稳到整体失稳的变化过程。计算结果显示周期和波高越大,波浪的作用力也越大,对防波堤的破坏作用依次增大,防波堤的局部失稳主要表现为两侧堤肩块体的失稳,整体失稳是局部失稳累积的结果,抛石防波堤的破坏现象和波浪理论得到验证。